양방향 세라믹연료전지의 기술개발 동향과 방향

양방향 세라믹연료전지의 기술개발 동향과 방향

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목차

1. 고효율 양방향 세라믹연료전지 특성 및 기술범위

2. 고효율 양방향 세라믹 연료전지의 주요 소재·부품 기술 이슈

3. 국·내외 시장 및 산업 기술 동향

4. 시사점 및 정책제언

 

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1. 고효율 양방향 세라믹연료전지 특성 및 기술범위

수소·연료전지의 정의 및 종류

수소·연료전지는 수소의 화학에너지를 전기화학 반응으로 직접 전기에너지로 변환시키는 전력생산 전기화학 장치로 탄소중립, 기후변화 대응 및 수소경제 활성화 등의 관점에서 전도유망한 신재생에너지 기술로 크게 주목받고 있음

- 수소·연료전지의 단위전지 기본 구성은 연료극/전해질/공기극으로 이루어져있으며 작동온도에 따라 또는 전해질 소재의 종류에 따라서 다양한 유형으로 분류됨

 

- 수소·연료전지 시스템은 기본적으로 단위전지를 직렬로 적층한 연료전지 스택, 연료변환장치, 운전장치, 전력변환장치, 제어기 등의 주요 구성부품들로 구성됨

 

세라믹연료전지 - SOFC의 정의

전해질이 이온전도성 세라믹으로 구성된 고체산화물연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)는 작동온도가 500~900℃로 높아 전력생산 변환효율이 상대적으로 높음

- SOFC는 고온에서 작동하는 세라믹 소재로 만들어지는데 산소이온 전도특성을 갖는 YSZ(Yttrium Stabilized Zirconia), LSGM

※ 등의 세라믹 전해질과 산소 이온의 산화 환원 반응을 돕는 LSM(La(Sr)MnO3)과 같은 페로브스카이트계 산화물 공기극, 수소 반응을 돕는 니켈(Ni)-세라믹 복합재 연료전극 등으로 구성되어 있음 ※ LSGM (La(Sr)Ga(Mg)O3 페로브스카이트 산화물): 일본 큐슈대 이시하라 교수와 노벨상 수상자 굿이너프 등이 1990년대 발견한 YSZ 보다 우수한 산소이온 전도성을 갖는 세라믹 전해질 新물질

- SOFC 시스템은 기본적으로 세라믹 단위전지를 직렬로 적층한 SOFC 스택, 연료변환장치, 운전장치, 전력변환장치, 제어기 등의 주요 부품들로 구성됨

- 시스템은 부품 작동원리에 따라 전기를 생산하는 스택, 기계적 구동부(M-BOP), 전기적 구동부(E-BOP)로 나뉘며, 작동 또는 노출되는 온도범위에 따라 고온부(Hot box)와 저온부(Cold box)로 나눠짐

 

- SOFC 단위전지는 스택 모양에 따라 평판형, 관형, 평관형으로 나눌 수 있고, 그에 따른 각각의 고유한 디자인의 스택과 시스템 특성이 구분됨

 

- SOFC 시스템은 폐열까지 이용할 경우 80% 이상의 높은 효율특성을 갖는 발전 시스템으로, 수소에서부터 C-H 가스에 이르기 까지 다양한 연료를 사용할 수 있는 장점이 있음

 

- SOFC는 고효율이라는 장점이 있으나, 고온작동으로 인한 구성부품 소재 선택에 한계가 있고, 스택 내부에서 발생가능한 일부 문제를 운전 중 제어가 어려워 고품질의 세라믹 제조 공정 기술과 첨단세라믹 소재 생산 기술이 필수적임

 

고온수전해(SOEC)와 탄소중립을 위한 양방향 세라믹연료전지 기술

고체산화물 수전해전지(SOEC: Solid Oxide Electrolysis Cell) 또는 고온수전해는 SOFC와 같은 세라믹 전해질/전극 소재를 이용하여 800℃ 이상의 고온 수증기를 연료전지 가역반응으로 전기분해하여 수소를 생산하는 고효율 수소생산 기술

- SOEC는 고온에서의 전기분해가 고효율을 위한 핵심요소이기 때문에 SOFC와 소재 구성을 공유하며, 마찬가지로 고온 운전에서의 내열성을 갖춘 소재 확보와 단위전지의 고온 산화-반응 안정성 확보가 주요 이슈임

- 표 2에서와 같이 SOFC의 가역방식의 고온 수증기 전기분해 방식의 SOEC는 물 전기분해를 위한 전력량이 고온에서 열역학적으로 줄어들기 때문에 적은 전력으로 수소를 생산할 수 있는 고효율 차세대 수전해 기술임

 

- SOEC 방식은 CO2 를 분해하여 CO를 생성할 수도 있어, 전기화학적 CO2를 분해 처리 시스템 활용 또는 탄화수소계 연료합성가스 생산에도 사용될 수 있음

 

- SOEC에서 생산된 수소는 CO2와 동시 전기분해 또는 직접 반응을 시켜 합성가스를 생산하는 하이브리드 기술로 활용 가능하며 신재생에너지의 유휴 전력을 이용하여 고부가가치를 창출할 수 있는 기술로 CCU에서도 주목 받고 있음

 

양방향 SOFC 기술은 C-H계 연료로부터 CO2와 H2O가 되는 연료전지 발전의 전력 생산은 물론 유휴 전력을 가역적으로 이용하여 전기분해 반응으로 수소생산과 CO2 분해가 가능한 스위칭 시스템 구현이 가능하기 때문에 탄소중립 정책에 부합되는 차세대 기술로 주목받고 있음

- 신재생에너지 그리드의 불안정한 DC 전력으로부터 CO2 가역 고온전기분해로 에너지를 저장함과 동시에 CO 가스를 가스 그리드에 연결하여 메탄올, 메탄 등의 합성연료로 변환시킬 수 있는 기초응용 고부가가치 기술임

- 양방향 세라믹 연료전지 기술은 기존 SOFC나 SOEC와 유사한 특성을 보이며 동시에 두 기능을 구현해야 하는 전해질/ 전극 소재 기술과 H2O와 CO2 가스를 전기화학적으로 산화-환원 커플링 반응을 해야 하는 만큼 내구성 확보가 상용화에 필수적이면서 매우 중요한 기술적 이슈임

 

- 연료전지와 가역적 수전해 시스템으로 전력을 공급하다가 신재생에너지의 유휴기 그리드의 전력으로 수소를 생산 저장 하는 시스템으로 구동되는 본 기술은 대형 에너지 저장 개념의 P2G (Power to Gas)로 불리고 있음

 

- PEMFC/PEM 수전해 장치를 이용할 경우 P2G 개념에서 수소로만 에너지를 변환하고 저장하지만, 양방향 SOFC의 경우 고온과 세라믹 소재만의 독특한 물성에 의해 메탄, 프로판, 합성가스, H2/H2O, CO/CO2 등의 다양한 C-H계 조합 구성으로 다양한 형태의 에너지 변환-저장이 가능한 장점이 있음

 

양방향 세라믹 연료전지 기술의 우주 개척시대 활용

미국 NASA에서 MOXIE라는 프로젝트를 통해 화성으로 보낸 우주 탐사선(Rover)에는 양방향 세라믹 연료전지 모듈 300W를 탑재하고 있는데, 이 모듈로 화성 대기 중에서 CO2-CO 산화/환원 반응을 일으켜 에너지와 산소를 생산/저장하는 연구를 현재 수행 중에 있음

- Rover는 2021년 2월 18일 화성에 안착하여 화성 지표면의 바람소리를 녹음하여 18초 분량의 오디오 파일을 지구에 전송하는데 성공함

- MOXIE 프로젝트는 미국 OxEon社의 SOEC 스택 제품이 탑재되어 있으며, 이를 통해 대기중의 CO2를 전기화학 분해로 산소와 CO를 생산할 계획임. 현재 기술력의 한계로 수 톤의 대량생산은 불가능하여 시간당 22g 수준의 산소 생산을 목표로 함

2. 고효율 양방향 세라믹 연료전지의 주요 소재·부품 기술 이슈

ESC & ACS: 전해질 두께에 따른 제품 기술

SOEC나 CO2 전기화학 환원-산화 반응이 필요한 양방향 세라믹 연료전지 기술의 구현을 위해서는 고온 수증기 또는 CO2- CO 분위기에서 충분한 내구성을 갖춰야 하는 기계적 특성은 물론 전기화학적으로 안정적이며 동시에 산소이온 전도성이 우수한 세라믹 소재 특성이 요구됨

 

상용화된 SOFC/SOEC의 전해질은 대부분 YSZ 소재를 쓰고 있으며, 단위전지의 기계적 지지구조에 따라 전해질 지지형(ESC: Electrolyte Supported Cell)과 음극지지형(ASC: Anode Supported Cell)로 구분되어 제조공정이 서로 다름

- 국내 SOFC/SOEC 기술은 해외 제품 대비 고출력 성능과 대면적화 등의 기술적 완성도를 높이는 ASC 기술 개발에 주력해왔음

 

- 국내 출시된 대표적인 해외 SOFC 제품은 그림 5에서 보는 바와 같이 블룸에너지社의 ESC 대량생산을 통한 대형 발전시스템과 균일 품질 ASC 제품 생산 기술을 확보한 SolidPower社의 3kW급 이하 가정 건물용 제품이 있음

- 블룸에너지社의 ESC 제품은 대량생산과 가격경쟁력 확보를 바탕으로 MW급 SOFC 시스템을 발빠르게 세계 시장에 출시하였으며 국내 연료전지 발전 단지에도 대규모 설치가 이루어지고 있음

 

- 블룸에너지社의 ESC 단위전지와 스택부품의 대량생산 공급이 가능하여 국내 SOFC 발전분야는 물론 국내 SOEC 수소생산의 분야의 진출까지 선언한바 있음

- 국내외 SOFC/SOEC의 중대형 시스템 구현을 위해서 단위전지나 스택을 생산하는 공정의 품질관리와 대량생산 기술 유무가 중요함을 시장에서의 ESC와 ASC 기술적 접근의 사례에서 확인할 수 있음

 

- 블룸에너지社 ESC 형태의 SOFC/SOEC 단위전지와 스택, 시스템 제품은 내구성과 대량생산 기술 확보로 시스템의 확장성으로 공격적인 시장 확대를 하고 있음

 

일반적인 YSZ 소재 적용 ESC 형태 제품은 내구성은 우수하지만 여전히 상대적으로 출력성능이 낮다는 문제가 있어 이온전도성이 우수한 소재 기술이 중요 이슈로 부상 중이며, 그래서 블룸에너지社의 경우는 이온전도성이 우수한 ScSZ(Sc stabilized Zirconia)계 소재를 전해질 지지체로 사용하고 있음

고성능 이온전도성 전해질 소재 기술

성능의 양방향 세라믹 연료전지를 구현하기 위해서는 내구성이 확보된 단위전지 구성 소재와 특히 전해질의 이온전도성 특성이 우수한 소재의 개발이 필요함

 

SOFC/SOEC의 전해질 소재로 대부분 YSZ 전해질을 사용하며, ESC 형태에서는 두꺼운 전해질로 인해 이온 전도특성이 낮아져 ASC 형태의 얇은 YSZ 전해질을 사용하거나 ESC에서 ScSZ와 같은 이온전도성이 높은 소재의 전해질을 사용함

새로운 고이온전도성 전해질 개발을 위해 세계적으로 ‘90년대에 활발한 연구활동이 있었으며, 그중 일본 Tatsumi Ishihara 교수와 노벨화학상 수상자인 John B. Goodenough 교수가 발견한 LSGM 페로브스카이트 물질은 상용화가 진행됨

 

2000년대 초반, 전자-이온 혼합전도성이지만 우수한 전도성을 갖는 GDC(Gd doped Ceria)을 전해질로 사용하는 연구가 활발히 진행되었으나, 소재의 특성이 산화-환원 반응에 따른 열화 발생으로 내구성 문제가 있어 스택제품 확장에 한계가 있었음

 

페로브스카이트 LSGM(란탄갈레이트, La(Sr)Ga(Mg)O3)는 SOFC/SOEC 작동온도 범위에서 일반적인 YSZ 보다 5배 이상의 높은 이온전도 특성을 갖으며 YSZ와 비슷한 내구성과 기계적 강도를 갖는 우수한 차세대 전해질 소재로 주목받음

- LSGM 전해질은 ESC 형태의 단위전지와 스택 제품으로 일본의 관서전력 등 많은 기업들이 25~100kW, 4만 시간 실증 연구까지 진행하였으나, 일본-중국의 희토류 분쟁에 따라 현재는 일본 내에서 TOTO社만 LSGM SOFC 연구를 수행중임

블룸에너지 ESC 제품 기준 연간 50MW급 ESC SOFC 스택, 시스템 생산에서 전해질의 소모량은 100ton 내외로 추산되며, 향후 SOEC/SOFC 스택부품 시장에서의 적정 가격을 $5,000/kW 로 가정할 때 LSGM 원료 대량생산 기술 확보로 인해 LSGM 원료가 스택 제품 내 가격 비중이 20% 이내로 관리가 되면 LSGM 전해질 소재를 적용한 SOFC/SOEC의 스택 제품은 적정한 차세대 기술로 예상됨

 

LSGM 등 새로운 고 이온전도성 소재와 전해질 지지체 제조 공정 기술, 전극 코팅 소결 생산기술 등을 확보할 경우 우수한 양방향 세라믹 연료전지가 가능함

 

양방향 세라믹 연료전지를 위한 고신뢰성 세라믹 전극 소재기술

고성능의 양방향 세라믹 연료전지의 구현을 위해서는 H2O나 CO2의 전기화학적 환원-산화 반응에서 안정한 전극 소재의 기술이 필수임

 

기존 SOFC/SOEC는 연료전극으로 Ni과 세라믹의 복합재를 전극 소재로 활용하고 있으나, Ni의 경우 C-H계 탄화수소 연료 또는 CO2/CO를 포함한 산화-환원 분위기에 화학적으로 불안정하여 대체 소재 기술에 대한 연구가 주목받고 있음

Ni를 대체한 세라믹 전극의 경우 촉매 특성이 낮아 최근에는 페로브스카이트계 고온 촉매 전극 소재에 Ni, Ru 등의 나노 합금 금속을 형성하여 Ni의 불안정성을 보완하는 기술들이 학계에 보고되면서 주목받고 있음

고성능의 양방향 세라믹 연료전지의 구현을 위해서는 연료극과 공기극 모두 연료전지와 전해반응에서 각각 산화-환원 반응에 노출되며 이를 위하여 연료극 소재뿐 아니라 공기극 소재에서도 내구성이 요구됨

 

단위전지/스택 제조 기술의 고도화 및 자동화 기술

현재 국내 발전용/건물용 SOFC/SOEC 시스템 기술개발에 있어서 핵심부품인 단위전지와 스택 부품 생산 기술 수준이 양적인 면과 질적인 면에서 선진기술국들에 많이 뒤쳐져 있어 국내 산업화에 걸림돌이 되고 있음

 

국내 업체들간의 공급망 형성 여건이 여전히 취약하며 스택 생산 기술과 품질 관리의 고도화가 시급한 상황으로 글로벌 경쟁력을 갖춘 생산 자동화 기술이 시급히 발굴 및 확보되어야 함

3. 국·내외 시장 및 산업 기술 동향

국·내외 시장 전망 및 이슈

정부는 세계 최고수준의 수소경제 선도국가로의 도약을 위해 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 발표하였으며, 연료전지 국내 시장 확대와 정책적인 지원이 예상됨

- 수소경제 활성화, 기후변화 대응, 탄소중립 그린뉴딜 등의 국내외 정책적 지원과 맞물려 수소연료전지 분산발전용 시스템이 ‘18년 기준, 발전용 307.6MW(41개소), 가정·건물용 7MW(3,167개소) 규모가 보급되었으며(SOFC 발전 ’20년 기준 10 MW 설치 운영 중, 70MW 설치공사 중), 정책의 목표에 따라 2040년까지 수출 물량을 포함하여 누적 15GW, 2.1GW로 급격히 증가할 것으로 전망됨

 

- 공공건물 및 민간 건축물 신재생에너지 의무설치비율과 정부지원 강화로 연료전지 보급 확대가 가능하며 설치장소 또는 사용유형별 특징을 고려한 다양한 SOFC/SOEC 모델의 개발이 필요 ※ 공건물 신재생에너지 공급의무비율 : (‘18) 24% → (’20) 30% ※ (가정) 1kW → 700W 경량화 모델, (건물) 모듈화, 대용량(10kW → 25kW) 등

 

글로벌 연료전지 시장은 2017년 기준 50억 3,420만 달러의 시장 규모로, 이는 2015년 17억 7,440만 달러 대비 184%의 빠른 성장세를 보이고 있음

 

국내 연료전지 시장 역시 2013년 1억 9천만 달러 규모에서 2015년 4억 1,350만 달러로 성장하여 117%의 급격한 성장세를 보였으며, 발전용 연료전지 시장 성장의 주도로 64%의 연평균 성장률을 기록하며 SOFC 시장도 지속 성장하고 있음

 

- 신·재생에너지 공급의무화제도(Renewable Portfolio Standard, RPS)와 신·재생에너지 공급인증서(Renewable Energy Certificate, REC)제도가 2012년부터 시행됨에 따라 현재 대규모 발전사들을 중심으로 연료전지 시장이 확대되고 있음

 

- 국내 발전용 연료전지는 용융탄산염 연료전지(MCFC)와 인산형 연료전지(PAFC) 중심으로 2020년 기준으로 전국 370MW 규모의 발전설비가 가동되고 있음 ※ (포스코에너지) 2007년 이래 용융탄산염 연료전지(MCFC)는 171.8MW 규모를 납품·가동중 ※ (두산퓨얼셀) 2014년 이래 인산형 연료전지(PAFC) 130MW 규모를 납품·가동 중. ※ (블룸에너지) 고체산화물 연료전지(SOFC) 10MW 규모를 납품·가동 중임.

 

국내 연료전지 시장뿐만 아니라 수소 수요 시장 또한 급격하게 성장 할 것으로 전망되고 있음. 국내 수요는 현재 약 200만톤/ 年으로 외부로 유통되는 수소 23만톤/年 외에 정유·석유화학사에서 자체 소비되는 현황이나, 수소로드맵에 따른 2040년 526만톤/年 수요로 급격히 증가할 것으로 전망되므로 안정적인 수소 생산 기술 필요

2018년 맥킨지의 ‘한국 수소 산업 로드맵’에 따르면 글로벌 2050년 글로벌 수소 산업은 연 2.5조 달러의 부가가치이며 한국은 연간 70조원의 경제효과와 60만 명의 고용창출 효과의 거대한 시장을 전망하고 있음

 

정부 수소로드맵의 그린수소 생산의 핵심기술은 수전해 효율 향상이며, 이를 위해 고효율 고온 그린수소 생산의 차세대 수전해 기술은 필수이며 다양한 고 신뢰성의 SOEC, 양방향 세라믹 연료전지 스택 제품이 필요함

 

국·내외 산업 기술 동향

수소·연료전지 발전 분야의 급격한 성장은 2017년 11억 달러에서 2030년 115억 달러 시장 규모로 예측되며, SOFC 분야는 물론 수소생산의 고온수전해 SOEC 시스템 시장의 성장을 확대시키고 있음

- 발전용 SOFC 시장은 미국 캘리포니아州의 자가발전 인센티브 프로그램(SGIP)와 한국 RPS 정책에 의해 주도된 시장 확대가 있음

 

- 미국 FuelCell Energy, Bloom Energy (SOFC, 250kW), 두산퓨얼셀 (PAFC, 400kW, SOFC 200kW), 日 MHPS社 (250kW+) 등의 대표 제조사에 의해 발전용 시장이 확대되고 있음

 

- (MHPS) ‘90년대 미츠비시 중공업에서 연구를 시작하여 ’17년 日NEDO 지원의 상용화 목표로부터 현재 250kW급 SOFC-가스터빈 가압형 하이브리드 복합시스템* 실증 완료하였으며, 최근 가스터빈을 제외한 SOFC 200kW급 제품을 시장에 출시하였음

※ 종합효율은 증기회수 65%, 온수회수 73% 이상이며 2만 시간 이상의 운전실적 확보

 

- 일본의 MHPS는 발전용 SOFC는 오랜 기간 개발한 MHPS 독자적 고유한 모델의 셀/스택 양산화 기술을 바탕으로 대형 발전 시스템 제품을 완성하였음

 

- 미국의 블룸에너지社는 100cm2 급 ESC형 SOFC셀을 사용하여 1kW 유닛스택을 모듈 형태로 묶어서 200kW 발전시장용 SOFC 시스템을 생산 판매 중. 또한, 셀/스택/시스템의 대량 생산시스템과 소재

 

-부품의 아시아 공급망을 안정적으로 구축하였으며, SK-블룸에너지 합작사와 블룸에너지코리아 현지법인 등을 설치하여 국내에 연간 50MW 생산 공장을 건설 중 - 미국의 FCE (Fuel Cell Energy)社는 고유 디자인의 ASC 단위전지와 스택 양산화 기술을 확보하고 이를 통해 25kW 스택 유닛 모듈로 100kW 급 시스템에서 연료전지와 고온수전해 수소생산의 양방향 운전을 2년 이상 실증 진행 중임

 

- 일본의 도시바社는 200kW 급 SOEC 기술을 바탕으로 H2One 스테이션 유닛을 생산 공급 중이며 이는 하루 8대의 수소전기차량을 충전할 수 있는 수소량으로 연료전지-고온수전의 양방향 운전을 통해 도심 자립형 시스템을 완성하였음

세계적인 탄소중립 이슈와 더불어 미국, 일본 및 유럽에서는 정부보조금 정책과 함께 SOFC/SOEC 양방향 세라믹연료전지 관련 개발 프로그램들이 증가하고 있으며, 수소경제 활성화의 SOEC를 이용한 고효율 대용량 수소 생산에도 국가적 관심이 높아지고 있음

- 미국 DOE(Department of Energy)는 소규모 SOFC 시스템(25~100 kW) 및 하이브리드 에너지(SOFC/SOEC) 시스템 개발을 목적으로 최대 3천만 달러를 투입 계획을 2019년 8월에 발표

 

- 유럽연합은 2050년까지 저탄소 경제로 나아가기 위한 로드맵을 발표하였으며, H2020-JTI-FCH 프로그램을 통해 연료/가스와 전기의 상호변환의 양방향 세라믹 연료전지의 개념인 rSOC(Reversible Solid Oxide Cell) 개발을 추진 중

 

국내 SOFC/SOEC 산업은 기술개발과 시장확대, 주요 소재부품 국산화, 공금망 형성 등의 상업적 공동 목표를 달성하기 위하여 ‘15년 ’SOFC 산업화 포럼‘을 발족하여 운영 중임

 

- 국내 SOFC 산업기술은 STX 중공업, 미코, 에이치엔파워 등의 kW급 가정·건물용 시스템 제작사를 중심으로 KIST, KIER, KICET 등과 선진기관과의 기술 격차를 줄이고자 노력하고 있으나 아직 대형 발전용 제품 기술의 확보가 미흡함

- 일본은 첨단세라믹 산업을 바탕으로 관형, 평관형, 평판형 등 다양한 타입, 형상의 SOFC 셀을 개발하였고 자국내에 SOFC 소재-부품 공급망을 구축하였으며 개발된 셀을 적극적으로 활용하여 스택 및 시스템에 적용, Asin, Kyocera 등과 같은 기업들이 가정용 (500 W ~ 2.5 kW) 시스템 비즈니스를 진행하고 있음

 

- 유럽 또한 대규모 공동 프로젝트를 통해 SOFC 셀, 분리판, 집전체, 실링 등과 같은 SOFC 핵심 구성 부품들에 대한 다양한 개발 프로젝트를 진행하고 있으며 이와 동시에 SOFC 스택과 시스템에 대한 실증 연구도 활발하게 진행하고 있음(SolidPower 등)

 

- SolidPower, Elcogen 등 생산기술을 확보한 유럽기업들은 국내에서의 SOFC 스택/시스템 시장의 확장성을 분석하여 공격적인 세라믹 공정/스택 제조 공정의 생산설비 투자를 진행하고 있음

- 국내 SOFC 연관 기술개발은 세라믹공정 첨단화/고도화를 통한 가격경쟁력을 갖춘 생산기술 확보 노력보다는 초대형 면적, 초고성능 시스템 개발투자에만 집중하는 바람에 세라믹소재의 특성에 따른 품질관리 차원의 셀/스택 공급이 매우 제한적이며 국내 공급망 부족으로 시장확보에 어려움을 겪고 있는 실정

 

- 현재는 대면적을 대신하여 50 ~ 144 cm2 급 SOFC 평판형 셀을 바탕으로 주요 부품 자체생산을 갖춘 STX중공업, MiCo, 경동나비엔 등의 주요 기업들이 kW급 SOFC 제품 개발을 완료하여 시장에서의 실증을 진행 중에 있음

 

 

4. 시사점 및 정책제언

‘패스트 팔로어’ 보다는 ‘게임 체인저’ 발굴을 통한 수소경제사회 선도

정부제도 및 정책적 지원으로 SOFC 연료전지 시장은 지속적으로 성장되고는 있지만 선도적 소재기술과 공급망 확보/ 안정화를 위한 고도화된 세라믹 소재·부품 생산기술을 가진 산업체 발굴 부족으로 SOFC 시스템의 핵심 부품인 단위전지/ 스택에 대한 외산 기술 의존도가 매우 높음

- 기존 국내 SOFC 연구개발 활동은 ‘패스트 팔로어’ 전략으로 연구기관의 해외 선진 기술을 따라잡을 수 있는 시스템 개발 목표 설정을 중심으로 진행되고 있었기 때문에 시장 환경 변화에 순발력 있게 기술적으로 대응하기에는 한계가 있었음

 

- 소재·부품의 기술력과 현실적인 시장경쟁력을 갖추기 위해 시스템 레벨에서의 목표설정보다는 국내 세라믹산업의 생태계 이해를 바탕으로 소재 전문 연구기관을 중심으로 유기적인 산·학·연 협력 기반의 차세대 SOFC/SOEC 기술 개발이 필요하며 이를 위한 정부의 선제적 집중 투자가 필수적임

 

- 미국 블룸에너지社는 ESC형 스택기술을 내세워 국내시장 독점화를 가속화 하고 잇는 현재의 사례를 반면교사로 향후 미래시장은 ‘게임 체인저’ 발굴을 위한 혁신적인 소재와 제품기술 확보가 필요함

 

정부 R&D확대를 통한 관련 기술의 산업 활용 기회 조성

양방향 세라믹 연료전지 기술의 당장의 시장경쟁력 평가보다는 미래적 가치 차원에서 관련 산업체의 다양한 기술 활용 분야 제안을 토대로 이에 대한 맞춤형 지원을 통해 관련 기술 개발과 게임 체인저급의 혁신적인 미래 신기술 창출이 지속적될 수 있는 선순환 생태계 조성이 필요함

- 최근 NASA의 화성 탐사선에 SOEC 300W급 모듈 탑재로 화성의 CO2 대기분위기에서 O2 와 CO 생산 연구 활동이 실행되었다는 것은 민간 기업과 연구기관 협업에 따른 성과로, 근시일에 국한된 시장성 보다는 미래가치를 위한 투자가 세상을 어떻게 바꿀 수 있는지를 잘 보여주는 예시임

 

- 이처럼 미래가치 실현을 위한 정부 차원의 흔들림 없는 R&D 지원은 미국의 SOFC/SOEC 원천기술 확보와 산업체의 지속적 개발로 이어져 우리나라는 물론 세계 시장에서 미국 기업들이 관련 시장을 독점화하고 있는 원동력이 되고 있음

 

- 따라서, SOFC/SOEC 시스템 개발 위주의 지원보다는 혁신적이고 도전적인 소재 원천/상용화 기술과 보다 다양한 형태의 응용 기술 확보와 확산을 위한 ‘퍼스트 무버’ 전략에 시의적절한 정부지원이 절실함

 

 

 

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출처 : keit pd 이슈리포트